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FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DE INTERCAMBIO VIAL TIPO GLORIETA EN LA INTERSECCIÓN VIAL ENTRE LAS AV. CÁCERES Y LAS CALLE SAN RAMÓN – PIURA – REGIÓN
PIURA
TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: TRANSPORTE
AUTORES: Br. CARLOS ALEJANDRO ECHEVARRÍA RAMÍREZ
Br. MANUEL ERNESTO SILVA RUIZ
ASESOR: Ms. JUAN PAUL EDWARD HENRÍQUEZ ULLOA
Piura – Perú 2020
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DEDICATORIA
A mis padres, Marisela Ramírez y Rómulo Echevarría, por apoyarme de forma
incondicional a pesar de mis aciertos y desaciertos en la vida; por formarme con disciplina, inculcarme valores e integridad y depositar su entera confianza en mí.
A mi hermana Claudia Echevarría, de quién he tenido su apoyo absoluto durante mi formación como persona y profesional.
A Margarita Alcas, por caminar a mi lado por muchos años de mi vida e impulsarme a ser mejor cada día.
A mi tía Mercedes Ramírez, por demostrarme siempre su gran amor.
A mi familia y amistades por acompañarme en las distintas etapas de mi vida.
Br. Carlos Alejandro Echevarría Ramírez
A Dios, por acompañarme y guiarme en todo momento.
A mis padres, Liliana Ruiz Valencia y Manuel Silva Adrianzén, por su apoyo incondicional; por forjarme con buenos valores y una disciplina adecuada para encarar adversidades, y su infinita confianza.
A mi Hermana Yahaira Silva Ruiz, quien me ha brindado su respaldo total en el desarrollo de mi vida y carrera profesional, eternamente
agradecido.
Finalmente, a mis amistades que han
contribuido al logro de mis metas, en especial a Mery Herrera, siempre agradecido.
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AGRADECIMIENTO
A:
UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO:
Por permitirnos recibir la adecuada formación académica y brindarnos las
herramientas necesarias para nuestro desarrollo profesional en el mundo laboral y formarnos como personas integras que sirvan a la sociedad.
PADRES:
Por su soporte incondicional, moral y económico que nos permitió alcanzar esta meta.
ING. HENRIQUEZ ULLOA JUAN PAUL EDWARD:
De manera especial al Ms. Henríquez por su disponibilidad de tiempo y paciencia para realizar esta tesis bajo su dirección. Su excelente profesionalismo y su capacidad de guía son un aporte invaluable en esta investigación. Nuestra estima personal y admiración por compartir su experiencia y conocimientos durante el desarrollo de la presente.
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RESUMEN
En esta Tesis de investigación titulada “DISEÑO DE INTERCAMBIO VIAL TIPO GLORIETA EN LA INTERSECCIÓN VIAL ENTRE LAS AV. CÁCERES Y LAS CALLE SAN RAMÓN – PIURA – REGIÓN PIURA”, se analiza la mencionada intersección semaforizada, en la que se identificó que no existe una alternativa de solución frente al caos vehicular que se da en ella.
El objetivo principal de esta investigación es dar una solución integral a la problemática existente a través de una rotonda o glorieta, la cual reduzca el congestionamiento vehicular que muchas veces genera accidentes de tránsito.
Se ha realizado el estudio de tráfico con un conteo manual de vehículos por siete (7) días, de lunes a domingo durante las 24 horas del día y se han tomado los tiempos semafóricos en la intersección, después de recopilar la información de campo se calcularon volúmenes y flujos vehiculares para intervalos de 15 minutos que sirvieron para la determinación del día de máxima demanda vehicular y las horas pico.
Se determinó la capacidad vehicular, grado de saturación y nivel de servicio en la intersección semaforizada aplicando la metodología HCM 2010.
Posterior a ello, se realizó el diseño geométrico de una glorieta, en base a
parámetros establecidos por la normativa peruana DG-2018 y también haciendo uso de normas internacionales como la española y la estadounidense.
Finalmente se realizó la evaluación de la capacidad vehicular y nivel de servicio en la intersección simulando la implementación de la rotonda diseñada mediante la utilización de metodología HCM 2010. De esta manera se determinó las mejoras que genera la implementación de una glorieta.
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ABSTRACT
In this Research Thesis entitled “DISEÑO DE INTERCAMBIO VIAL TIPO
GLORIETA EN LA INTERSECCIÓN VIAL ENTRE LAS AV. CÁCERES Y LAS CALLE SAN RAMÓN – PIURA – REGIÓN PIURA”, the aforementioned traffic light
intersection is analyzed, in which it was identified that there is no alternative solution to the vehicular chaos that occurs in it.
The main objective of this research is to provide a comprehensive solution to the existing problem through a roundabout or roundabout, which reduces vehicular congestion that often generates traffic accidents.
The traffic study has been carried out with a manual vehicle count for seven (7) days, from Monday to Sunday 24 hours a day and the traffic signals at the
intersection have been taken, after compiling the field information, they were calculated vehicle volumes and flows for 15-minute intervals that were used to determine the day of maximum vehicle demand and peak hours.
The vehicle capacity, degree of saturation and service level at the signalized intersection were determined using the 2010 HCM methodology.
Subsequently, the geometric design of a gazebo was carried out, based on parameters established by Peruvian regulations DG-2018 and also making use of international standards such as Spanish and American.
Finally, the evaluation of the vehicle capacity and service level at the intersection was performed simulating the implementation of the roundabout designed using the 2010 HCM methodology. In this way, the improvements generated by the
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PRESENTACIÓN
Señores Miembros del Jurado:
Dando cumplimiento y conformidad a las normas establecidas en el Reglamento de Grados y Títulos y Reglamento de la Facultad de Ingeniería de la Universidad
Privada Antenor Orrego, para obtener el título profesional de Ingeniero Civil, se pone a vuestra consideración el Informe de tesis Titulado “DISEÑO DE INTERCAMBIO VIAL TIPO GLORIETA EN LA INTERSECCIÓN VIAL ENTRE LAS AV. CÁCERES Y LAS CALLE SAN RAMÓN – PIURA – REGIÓN PIURA”, con la convicción de
alcanzar una justa evaluación y dictamen. Atentamente,
_________________________________ ________________________ Br. Carlos Alejandro Echevarría Ramírez. Br. Manuel Ernesto Silva Ruiz
Jurado Evaluador Presidente:
Ing. Velásquez Díaz, Gilberto ___________________________ CIP: 29040
Secretario:
Ing. Ramos, Mamerto Rodríguez __________________________ CIP: 3689
Vocal:
Ing. Vargas López, Segundo Alfredo __________________________ CIP: 18687
Asesor:
Ing. Henríquez Ulloa, Juan Paul __________________________ CIP: 118101
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ... 16
Problema de investigación ... 16
Realidad problemática ... 16
Enunciado del problema ... 18
Objetivos ... 18
Objetivo general ... 18
Objetivos específicos ... 18
Justificación ... 18
2. MARCO DE REFERENCIA ... 19
Antecedentes del estudio ... 19
Antecedentes internacionales ... 19
Antecedentes nacionales ... 20
Antecedentes regionales ... 22
Marco Teórico ... 24
Tráfico vial ... 24
Relaciones entre TPDS, TPDA y VHD ... 25
Conteo de tráfico ... 30
Intersecciones a nivel ... 34
Dispositivos de control de tránsito ... 41
Capacidad y nivel de servicio ... 43
Marco Conceptual ... 48
Tráfico Vial ... 48
Semáforos ... 53
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Niveles de servicio en intersecciones con semáforo ... 69
Diseño geométrico de una glorieta ... 74
Sistema de hipótesis ... 90
Hipótesis ... 90
Variables y operacionalización ... 90
3. METODOLOGÍA EMPLEADA ... 91
Tipo y Nivel de Investigación ... 91
Tipo de investigación ... 91
Nivel de investigación ... 91
Población y Muestra del estudio ... 91
Población ... 91
Muestra ... 91
Diseño de investigación ... 91
Técnicas e Instrumentos de Investigación ... 93
Procesamiento y análisis de datos ... 93
4. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ... 98
Análisis e interpretación de resultados ... 98
Volúmenes ... 98
Flujos vehiculares ... 114
Fases semafóricas... 122
Capacidad vial ... 123
Nivel de servicio ... 126
Volumen horario de diseño (VHD) ... 129
Diseño geométrico de glorieta ... 130
ix
6. CONCLUSIONES ... 150
7. RECOMENDACIONES ... 152
8. REFERENCIAS BIBILOGRÁFICAS ... 153
x
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Factores de corrección estacional promedio entre los años 2010 y 2016 de
la unidad de Peaje Piura-Sullana. ... 26
Tabla 2: Horizontes de evaluación de proyectos viales. ... 28
Tabla 3: Tasa de crecimiento poblacional en el Departamento de Piura ... 29
Tabla 4: Tipo de vehículo, codificación y gráfico referencial ... 31
Tabla 5: Tipo de intersecciones a nivel ... 35
Tabla 6: Ventajas y desventajas en función al criterio de rotondas. ... 39
Tabla 7: Niveles de servicio para vías urbanas ... 46
Tabla 8: Criterios De Nivel De Servicio Para Intersecciones Reguladas Por Semáforos ... 46
Tabla 9: Criterios de niveles de servicio de enfoques y evaluación a nivel de intersección... 47
Tabla 10: Factores de utilización de carril ... 62
Tabla 11: Factores de ajuste a la tasa de flujo de saturación ... 64
Tabla 12: Valores sustitutivos de flujo peatonal... 67
Tabla 13: Factor de ajuste por coordinación (FP) ... 72
Tabla 14: Tipo de llegada de vehículos y descripción ... 73
Tabla 15: Criterios de diseño geométrico de rotondas ... 79
Tabla 16: Radios máximos/ mínimos y ángulos Semirremolque Doble (T3S2S2) ... 81
Tabla 17: Valores distancia visual de detención ... 85
Tabla 18: Longitud calculada de lado conflictivo del triángulo visual de intersección 86 Tabla 19: Operacionalización de variables ... 90
Tabla 20: Técnicas e instrumentos de recolección de datos ... 93
Tabla 21: Codificación vehicular correspondiente a cada movimiento o giro de cada acceso... 94
Tabla 22: Tránsito diario (TD) en el acceso norte ... 98
Tabla 23: Distribución de tránsito semanal (TS) en tipo de vehículo en acceso norte ... 100
Tabla 24: Tránsito diario (TD) en el acceso sur ... 101 Tabla 25: Distribución de tránsito semanal (TS) en tipo de vehículo en acceso sur 103
xi
Tabla 26: Tránsito diario (TD) en acceso oeste ... 104
Tabla 27: Distribución de tránsito semanal (TS) en tipo de vehículo en acceso oeste ... 106
Tabla 28: Tránsito diario (TD) en acceso este ... 107
Tabla 29: Distribución de tránsito semanal (TS) según tipo de vehículo en acceso este ... 109
Tabla 30: Tránsito diario (TD) en intersección ... 111
Tabla 31: Distribución de tránsito semanal (TS) según tipo de vehículo en intersección ... 113
Tabla 32: Hora de máxima demanda, volumen horario de máxima demanda (VHMD) y factor horario de máxima demanda (FHMD) en estación norte. ... 115
Tabla 33: Hora de máxima demanda, volumen horario de máxima demanda (VHMD) y factor horario de máxima demanda (FHMD) en estación sur ... 117
Tabla 34: Hora de máxima demanda, volumen horario de máxima demanda (VHMD) y factor horario de máxima demanda (FHMD) en estación Oeste ... 119
Tabla 35: Hora de máxima demanda, volumen horario de máxima demanda (VHMD) y factor horario de máxima demanda (FHMD) en estación este ... 121
Tabla 36: Fases y tiempos semafóricos vehiculares de la intersección ... 122
Tabla 37: Geometría de la intersección, tráfico peatonal y grupos de carriles. ... 123
Tabla 38: Flujos vehiculares por movimiento en intersección ... 123
Tabla 39: Ajuste de volúmenes en intersección ... 124
Tabla 40: Flujo de saturación en intersección ... 124
Tabla 41: Análisis de capacidad en intersección ... 125
Tabla 42: Grado de saturación en la intersección ... 126
Tabla 43: Nivel de servicio en grupo de carriles y accesos ... 126
Tabla 44: Nivel de servicio en intersección ... 127
Tabla 45: Tránsito promedio diario semanal (TPDS), tránsito promedio diario anual (TPDA) para “año 0” y “año 10” y volumen horario de diseño (VHD) por giro y por acceso. ... 129 Tabla 46: Radio exterior e interior del ángulo de trayectoria del vehículo de diseño132
xii Tabla 47: Datos básicos de vehículo utilizado, según reglamento nacional de
vehículos (D.S. N° 058-2003-MTC) ... 133
Tabla 48: Ancho mínimo de circulación según AASHTO 2011 ... 133
Tabla 49: Conformidad de valor de ancho de circulación (W) ... 133
Tabla 50: Conformidad de la relación (W/L) ... 134
Tabla 51: Radios de entrada ... 136
Tabla 52: Radios de salida ... 136
Tabla 53: Valores de capacidad de glorieta fórmula Wardrop ... 138
Tabla 54: Conformidad de relación volumen-capacidad ... 139
Tabla 55: Resultados de niveles de servicio en glorieta con metodología HCM 2010 ... 139
Tabla 56: Distancia visual de detención en función de la velocidad (V=40 Km/h) ... 141
Tabla 57: Distancia visual de intersección en función de la velocidad (V=40 Km/h) 141 Tabla 58: Resumen de VHMD, VHMD como q15, q15 max y FHMD en estaciones 146 Tabla 59: Tiempos de fases semafóricas y tiempo perdido en intersección ... 146
Tabla 60: TPDA y VHD por acceso. ... 147
Tabla 61: Porcentaje de Incremento de capacidad (Qp) respecto a demanda vehicular (VHD) de implementarse rotonda ... 148
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Relaciones entre los volúmenes horarios más altos del año y TPDA ... 27
Figura 2. Tasa de crecimiento promedio anual del PBI según departamento: 2007 – 2018 ... 29
Figura 3. Variedad de tipos de intersecciones a nivel. ... 36
Figura 4. Rotonda convencional típica. ... 37
Figura 5. Elementos básicos de una rotonda ... 39
Figura 6. Movimiento de paso. ... 53
Figura 7. Giro permitido ... 54
Figura 8. Giro protegido. ... 54
Figura 9. Fases y diagrama de fases en una intersección con semáforo. ... 56
Figura 10. Distribución típica de grupo de carriles. ... 61
Figura 11. Marco de planeamiento ... 76
Figura 12. Caudal circulante en una rotonda ... 77
Figura 13. Elementos contenidos en la fórmula de Wadrop ... 78
Figura 14. Elementos geométricos básicos de una rotonda ... 80
Figura 15. Giro mínimo para T3S2S3, con trayectoria 120° ... 81
Figura 16. Radios de trayectoria de vehículos... 83
Figura 17. Ángulo de entrada a una rotonda ... 84
Figura 18. Distancia de visual de intersección... 86
Figura 19. Vista en planta de intersección entre la Av. Andrés Avelino Cáceres y Calle San Ramón, ubicación de estaciones y codificación de giros o movimientos. ... 95
Figura 20. Vista en planta de intersección entre Av. Andrés Avelino Cáceres y Calle San Ramón con codificación de secciones transversales ... 96
Figura 21. Secciones transversales de la intersección analizada. ... 97
Figura 22. Variación horaria de tránsito diario mixto en acceso norte. ... 99
Figura 23. Variación diaria de tránsito mixto en acceso norte. ... 100
Figura 24. Clasificación Vehicular de transito semanal en acceso norte ... 101
xiv
Figura 26. Variación diaria de tránsito mixto en acceso sur... 103
Figura 27. Clasificación vehicular de tránsito semanal en acceso sur. ... 104
Figura 28. Variación horaria de tránsito diario mixto en acceso oeste. ... 105
Figura 29. Variación diaria de tránsito mixto en acceso oeste. ... 106
Figura 30. Clasificación vehicular de tránsito semanal en acceso oeste. ... 107
Figura 31. Variación horaria del tránsito diario mixto en acceso este. ... 109
Figura 32. Variación diaria de tránsito mixto en acceso este. ... 109
Figura 33. Clasificación vehicular del tránsito semanal en acceso este... 110
Figura 34. Variación horaria de tránsito diario mixto en la intersección ... 112
Figura 35. Variación diaria de tránsito mixto en la intersección ... 112
Figura 36. Clasificación vehicular del tránsito semanal en intersección... 113
Figura 37. Variación de flujo en el día de máxima demanda en estación norte. ... 114
Figura 38. Variación de flujo en hora de máxima demanda en estación norte el día miércoles. ... 115
Figura 39. Variación de flujo en el día de máxima demanda en estación sur ... 116
Figura 40. Variación de flujo en hora de máxima demanda en estación sur el día miércoles. ... 117
Figura 41. Variación de flujo en el día de máxima demanda en estación oeste. .... 118
Figura 42. Variación de flujo en hora de máxima demanda en estación oeste el día miércoles. ... 119
Figura 43. Variación de flujo en el día de máxima demanda en estación este. ... 120
Figura 44. Variación de flujo en hora de máxima demanda en estación este el día miércoles. ... 121
Figura 45. Esquema de fases semafóricas en intersección ... 122
Figura 46. Esquema de flujos vehiculares y niveles de servicio en accesos y en la intersección ... 128
Figura 47. Radios de círculo inscrito e isla central... 130
Figura 48. Ángulo de trayecto del movimiento del vehículo de diseño ... 131
Figura 49. Vehículo de diseño SEMIRREMOLQUE DOBLE o T3S2S2 ... 132
Figura 50. Longitudes de entrecruzamiento de diseño de la glorieta ... 134
xv
Figura 52. Ángulos de entrada y salida ... 137
Figura 53. Rotonda definida con sus dimensiones ... 138
Figura 54. Isla de acceso Norte... 140
Figura 55. Isla de acceso Sur ... 140
Figura 56. Distancia de visibilidad con glorieta definida ... 142
Figura 57. Reporte de simulación de Intersección con glorieta diseñada. ... 143
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1. INTRODUCCIÓN
Problema de investigación Realidad problemática
El tráfico vial según Reyes y Cárdenas (1994) está definido como el “tránsito de personas y circulación de vehículos por calles, carreteras, caminos, etc.” (p.29). Este concepto está muy relacionado con la capacidad vial y nivel de servicio, que según Transportation Research Board en el manual HCM 2000 define la capacidad vial como “la estimación de la máxima cantidad de vehículos que se puede acomodar en una estructura dada” (p.28) y nivel de servicio como “…una medida cualitativa
descriptora de las condiciones operativas de un flujo viario, y de su percepción por los motoristas y/o pasajeros” (p.28). Sin embargo, cuando ambos conceptos
relacionados con el tráfico se encuentran en condiciones no favorables, ya sea por la geometría vial, patologías del pavimento, flujo saturado, etc. Conllevan a que se presenten accidentes, formación de congestionamiento vehicular, largas colas de vehículos, demoradas en tiempo de viaje, entre otros.
Este problema sucede alrededor de todo el mundo, no solo por el incremento de la tasa automotriz, sino también por los factores mencionados en el párrafo anterior, es por ello que la Ingeniería de Transportes busca brindar soluciones desde los países más desarrollados hasta los países con menos desarrollo.
En ciudades de primer mundo como Londres, según el informe realizado por Inrix (2015) “…los conductores perdieron una media de 101 horas, o más de cuatro días, en atascos de tráfico durante 2015…” (p.3)”.
Actualmente en el mundo hay más de un billón de vehículos en las calles y según estadísticas del IBM para el año 2020 la cantidad se incrementará al doble. Existen otros claros ejemplos como Estados Unidos, en el que según IBM (2011) “hoy en día, hay más de un billón de automóviles en las calles, y ese número se duplicará para el año 2020. El tráfico vehicular aumentó a un 236% cuando la población aumentó cerca del 20% entre 1982 y 2001 en Estados Unidos”.
Latinoamérica no es una realidad ajena a los problemas que presenta el
17 parte de un estudio de tráfico realizado por una consultora a nivel mundial (Inrix) en el 2017, ciudades como Sao Paulo y Bogotá se encuentran dentro del top 10 de las ciudades a nivel mundial con mayor congestionamiento vehicular, ya que sus
conductores pasan entre 86 y 75 horas atascados en congestiones respectivamente. Como se observa, el problema del congestionamiento del tráfico se da en países de primer mundo donde la gran mayoría de sus habitantes tienen los recursos para adquirir vehículos, y también en países en vías de desarrollo como los
latinoamericanos, en donde existe un indiscriminado deseo de usar los automóviles, ya sea por necesidad, comodidad o estatus social.
En Perú debido al incremento de la economía de distintos sectores se ha incrementado el flujo de vehículos, tanto ligeros como pesados. “En el informe
técnico Flujo Vehicular por Unidades de Peaje, se indica que el resultado mensual se sustentó en la mayor circulación de vehículos ligeros (4,2%) y pesados (3,9%)” (INEI, 2018), esta realidad problemática se ve reflejada en los problemas de Transporte en los diferentes departamentos del país, como en Arequipa, Trujillo, Piura.
En la ciudad de Piura las principales viabilidades alcanzan el nivel de servicio F, definido como el período en el cual un vehículo demora más de 60 segundos en cada intersección ocasionando la congestión vehicular, según el Manual HCM (Higway Capacity Manual). (Bayona Ruíz y Márquez Tacure, 2015, pág. 59).
Como se observa, el incremento de tráfico a nivel nacional y regional y los
problemas que este genera, se deben principalmente a que el parque automotriz se viene incrementando a un ritmo acelerado, y una de las principales razones por las que no se plantean soluciones que alivien dicho problema es que en nuestra realidad no existe mucha información actualizada como estudios de tráfico, que nos den un diagnóstico del tráfico y ayude a los ingenieros y autoridades a plantear soluciones para controlar el tráfico. Por esta razón, la presente tesis busca analizar las variables del tráfico a través de su cuantificación y proponer el diseño de una glorieta en la zona en estudio.
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Enunciado del problema
¿Cómo el análisis de tráfico vial determina el diseño de intercambio vial tipo glorieta en la intersección vial entre las Av. Cáceres y las Calles San Ramón – Piura – Región Piura?
Objetivos
Objetivo general
Realizar el diseño de una glorieta en la intersección semaforizada entre la Av. Andrés Avelino Cáceres y la Calle San Ramón en la ciudad de Piura, Distrito de Piura.
Objetivos específicos
• Determinar el flujo vehicular en patas de intersección
• Determinar distribución de tiempos semafóricos
• Determinar capacidad vial y nivel de servicio en la intersección semaforizada aplicando la metodología propuesta por HCM 2010
• Realizar diseño geométrico de una glorieta aplicando DG-2018 y metodología HCM 2010.
Justificación
En la ciudad de Piura en los últimos años se ha venido incrementando el parque automotor, lo que genera un gran flujo vehicular en las vías, lo que a su vez conlleva muchas veces al caos vehicular en las intersecciones. Por eso es necesario realizar un análisis que permita establecer las condiciones del tráfico actual, con la finalidad de plantear una solución como es el diseño de una glorieta en la intersección que permita mejorar la calidad del servicio en la misma.
La investigación planteada desde el punto de vista académico servirá como punto de partida para estudiantes, profesionales y desde el punto de vista social sirviendo a
19 entidades como las Municipalidades que pretendan realizar futuros estudios para plantear un control del tráfico en las zonas críticas de la ciudad de Piura.
2. MARCO DE REFERENCIA
Antecedentes del estudio
Antecedentes internacionales
a) Bachs. (Alayón Barbosa y Olivos Tunarrosa, 2015). Colombia. “Implantación del diseño de una turbo glorieta como alternativa de solución de movilidad en la
intersección de la Av. Boyaca con carrera 1 en el barrio Yomasa, localidad de Usme”. Este proyecto de investigación tuvo como objetivo Implantación del diseño de una turbo glorieta como alternativa de solución de movilidad en la intersección de la av. Boyacá con Carrera 1 en el barrio Yomasa, localidad de Usme. Así mismo el autor concluyó por medio de los conteos realizados en la intersección vial se determina un elevado porcentaje de camiones, porcentaje que podrá transitar por la nueva
alternativa vial, permitiendo descongestionar y la posibilidad de transitar a una mayor velocidad, Además de contribuir con la movilidad, esta implantación trae bastantes cambios urbanísticos en el lugar dado a que por ejemplo, el separador central de la avenida Boyacá tendría un cambio drástico ya que el ancho actual de la isleta central es de 10 metros, con la implantación de la turbo glorieta esta se reduce a 3 metros, esto, debido a que en caso de dejar el separador central con el ancho existente, la avenida Boyacá no empalmaría adecuadamente, y no cumpliría con las longitudes de transición. Este antecedente nos brinda como aporte tener consideraciones sobre el análisis de tráfico con la finalidad de la posibilidad de tener el diseño de una turbo glorieta en la intersección entre la Av. Andrés Avelino Cáceres y la Calle San Ramón.
b) Bach. (Llanes Ayala , 2016). México. “Estimación del flujo de saturación en intersecciones semaforizadas seleccionadas de la ciudad de México”.
Este proyecto de investigación tuvo como objetivo estimar el flujo de saturación base en las diez intersecciones semaforizadas seleccionadas de la Ciudad de
20 México, siendo éstos de 1610, 1599 y 1651 vehículos/hora/carril, además este valor se encuentra más por encima que por debajo de muchos países con los que fue comparado, lo que es bueno, pues hay mayor movimiento, es decir, alcanzan a travesar las intersecciones durante la fase de verde gran número de vehículos, lo que disminuye las filas de automóviles en los semáforos. Como resultado de la investigación se tiene que el flujo de saturación en la Ciudad de México, es más alto que en otros países, debido a las velocidades con que transitan los conductores locales y también a las condiciones geométricas de las vialidades existentes, de la misma manera, en otros países el flujo de saturación es más alto que en México, por las mismas razones. Un aumento en el límite de velocidad conduce a un aumento en la tasa de flujo de saturación. El aporte que brinda este antecedente es la
determinación del flujo de saturación en la intersección a nivel semaforizada entre la Av. Andrés Avelino Cáceres y la Calle San Ramón.
Antecedentesnacionales
a) Ing. (Valenzuela, 2017). Perú. “Diseño comparativo como alternativa entre turbo rotonda convencional, mediante la microsimulación de tránsito”.
Este proyecto de investigación tuvo como objetivo comparar la funcionalidad de la turbo rotonda y la rotonda convencional en términos de nivel de servicio según el “Manual de capacidad de carreteras” (Transportation Research Board, 2010),
mediante la modelación de microsimulación de tránsito aplicado al óvalo la Fontana, ubicado en un distrito de Lima. Así mismo, el autor concluyó que la turbo rotonda presenta mejores características funcionales, tales como un mejor ordenamiento y canalización del flujo vehicular. El análisis, incluyó indicadores funcionales tales como la demora promedio vehicular y la longitud de cola promedio vehicular en las entradas a la rotonda en horas punta. Este antecedente nos brinda como aporte tener consideraciones sobre el análisis de tráfico con la finalidad de la posibilidad de tener el diseño de una turbo rotonda en la intersección entre la Av. Andrés Avelino Cáceres y la Calle San Ramón.
21 b) Bach. (Angaspilco Chinguel, 2014). Perú. "Nivel de serviciabilidad en las avenidas; Atahualpa, Juan XXIII, Independencia, De los Héroes y San Martín de la ciudad de Cajamarca".
Este proyecto de investigación tuvo como objetivos determinar el factor de máxima demanda, velocidad de recorrido y el nivel de serviciabilidad en las avenidas
Atahualpa, Juann XXIII, Independencia, De los Héroes y San Martín de la ciudad de Cajamarca. El autor determinó que la hora de máxima demanda por las mañanas es de 6:45 a 7:45, hora en que la población se dirige a su trabajo o centro de estudios y por las tardes durante las 12: 15 a la 1:45, hora en que los estudiantes retornan a sus viviendas del mismo modo que los trabajadores teniendo que los factores horarios de máxima demanda de las vías estudiadas oscilan entre 0.81 y 0.95, estos se aproxima a la unidad, lo que significa que existe una distribución uniforme de flujos máximos durante toda la hora. En cuanto a velocidades de recorrido determinadas en las horas críticas para poder determinar el verdadero nivel de servicio de cada vía, en la hora de máxima demanda oscilan en todas las vías entre 7 km/h y 24km/h. En lo que respecta a niveles de servicio; Independencia y Atahualpa, se encuentran operando a un nivel de servicio E, el resto de vías se encuentran entre los niveles de servicio C y F.
El aporte que brinda este antecedente es la determinación de factores de máxima demanda, velocidad de recorrido y nivel de servicio en la intersección a nivel
semaforizada entre la Av. Andrés Avelino Cáceres y la Calle San Ramón.
c) Bach. (Vega Cuevas, 2018). Perú. "Análisis de la capacidad y niveles de servicio de las vías de ingreso a la ciudad de Cajamarca pertenecientes a la red vial
nacional”.
Este proyecto de investigación tuvo como objetivo analizar la capacidad y niveles de servicio de las vías de ingreso a la ciudad de Cajamarca pertenecientes a la Red Vial Nacional. El autor determinó que en las cuatro vías existentes de ingreso a la ciudad de Cajamarca pertenecientes a la Red Vial Nacional, la capacidad máxima expresada en vehículos equivalentes de la vía de ingreso PE-3N por la Zona
22 Noroeste (Carretera Cajamarca – Hualgayoc) es de 1615 veh/h y tiene un nivel de servicio D; de igual manera, la capacidad máxima de la vía de ingreso PE-3N por la Zona Sureste (Carretera Cajamarca – San Marcos) es de 1775 veh.equiv/hora y tiene un nivel de servicio B; así mismo, la capacidad máxima de la vía de ingreso PE-08 por la Zona Sur (Carretera Cajamarca – Chilete) es de 1552 veh.equiv/hora y tiene un nivel de servicio C; y finalmente la capacidad máxima de la vía de ingreso PE-08B por la Zona Noreste (Carretera Cajamarca – Celendín) es de 1819
veh.equiv/hora y tiene un nivel de servicio A. (ver Tablas 46 – 47 y Figuras 46 – 47). Además, concluyó que uno de los problemas comunes que condicionan el flujo en las vías es el reducido espacio de la vía tanto en carriles como en bermas ya que esto dificulta el tránsito de buses y vehículos pesados en horas de mayor demanda, generando mayores demoras y dificultades de maniobras de rebase. Las mejoras en la capacidad proporcionan una mayor circulación de vehículos en estas vías,
incrementando las velocidades de recorrido, la comodidad y disminuyendo el tiempo para rebasar a otros vehículos. Este antecedente nos brinda como aporte la
determinación de capacidad máxima y nivel de servicio en la intersección entre la Av. Andrés Avelino Cáceres y la Calle San Ramón.
Antecedentes regionales
a) Econ. (Bayona Ruiz y Márquez Tacure, 2015). “La congestión vehicular en la ciudad de Piura”.
Este proyecto de investigación tuvo como objetivos contribuir al conocimiento del problema de la congestión en la ciudad de Piura. Los autores determinaron que la situación del tráfico vehicular en las “horas punta” de las principales viabilidades en Piura alcanza el nivel de servicio F, definido como el período en el cual un vehículo demora más de 60 segundos en cada intersección ocasionando la congestión
vehicular, según el Manual HCM (Higway Capacity Manual). La viabilidad principal es la Av. Sánchez Cerro, la cual es utilizada con más frecuencia (62%). Ante la falta de información en nuestra región, este antecedente nos brinda como aporte una
23 Av. Sánchez Cerro de la ciudad de Piura en las horas punta mediante el nivel de servicio.
b) Ing. (Henríquez Ulloa, 2019). “Propuesta de mejora vial en la intersección de las Avenidas Miguel Grau y Gulman en la ciudad de Piura, Piura”.
Este magistral proyecto de investigación tuvo como algunos de sus objetivos la cuantificación del volumen de tráfico y capacidad vial, así como la determinación del nivel de servicio en la zona de estudio. El autor determinó que, en relación a la demanda vehicular, el acceso Este presenta en el día más desfavorable un volumen máximo de 25442 veh. mixtos/día, valor que representa un incremento del 52% con respecto al volumen máximo del acceso Oeste correspondiente a la avenida Miguel Grau, referente a la capacidad vial la relación intensidad/capacidad (v/Ci) es superior a uno, concluyendo que en los accesos se encuentran en un régimen saturado, es decir hay más vehículos demandando la vía que lo que esta puede atender y con respecto al nivel de servicio se concluye que la intersección presenta un nivel de servicio del tipo “F”, valor cualitativo que representa, que en los accesos de esta la calidad de servicio proporcionado por la infraestructura se encuentre en condiciones críticas de circulación sobre todo en horas punta, así mismo el autor indica con respecto a la propuesta de mejora al haberse planteado no considerar el porcentaje de moto taxis, tomándose los tiempos semafóricos calculados y mejoras en las señales informativas, restrictivas y preventivas; y concluye según lo analizado en el programa synchro v.8 que el nivel de servicio en la intersección disminuye a tipo “E”. Este significativo proyecto de investigación nos brinda como aporte lineamientos para la cuantificación de volumen de tráfico, capacidad vial y nivel de servicio en la
24
Marco Teórico Tráfico vial
2.2.1.1. Volúmenes
2.2.1.1.1. Propósito de volúmenes de transito
El propósito de obtener información sobre volúmenes de tránsito que están relacionados a la cantidad de los vehículos o personas que transcurren en una vía, es hacer posible el desarrollo de estimaciones de la calidad del servicio prestado a los usuarios.
2.2.1.1.2. Volúmenes de tránsito absolutos o totales
Es el número total de vehículos que pasan durante el lapso de tiempo
determinado. Dependiendo de la duración del lapso de tiempo determinado, puede ser tránsito anual (TN), tránsito mensual (TM), tránsito semanal (TS), tránsito diario (TD), tránsito horario (TH) (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994).
2.2.1.1.3. Volúmenes de tránsito promedios diarios (TPD)
“Es el número total de vehículos que transitan en un periodo establecido en días completos igual o menor a un año y mayor que un día, dividido entre el número de días del periodo”. (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994, p.154)
• Tránsito promedio diario semanal (TPDS):
Es el número de vehículos que transitan por una vía durante toda una semana dividido entre los días de la semana.
• Tránsito promedio diario mensual (TPDM):
Es el número de vehículos que transitan por una vía durante un todo un mes dividido entre el número de días del mes.
25
• Tránsito promedio diario anual (TPDA):
Es el número de vehículos que transitan por una vía durante todo un año, dividido entre el número de días del año.
2.2.1.2. Volúmenes de tránsito horarios
2.2.1.2.1. Volumen horarios máximo anual (VHMA)
Es el máximo volumen horario que puede transitar en todo un año.
2.2.1.2.2. Volumen horario de máxima demanda (VHMD)
Es la máxima demanda que se puede presentar en un día, se mide en vehículos por hora.
2.2.1.2.3. Volumen horario de diseño (VHD)
También conocido por diversos autores como “Volumen horario de proyecto”, es un volumen horario pronosticado que se utiliza para el diseño geométrico de diversas estructuras viales, este se mide en vehículos por hora.
Relaciones entre TPDS, TPDA y VHD
2.2.2.1. Relación entre los volúmenes de tránsito promedio diario semanal (TPDS) y tránsito promedio diario anual (TPDA).
El tránsito promedio diario anual (TPDA) es calculado a partir del tránsito promedio diario semanal (TPDS), el cuál es multiplicado por un factor de ajuste, al que se le conoce como “Factor de corrección estacional” (FCE).
El FCE es obtenido de conteos anuales, sin embargo, ante la dificultad de realizar un conteo vehicular durante todos los días del año, este factor también puede ser determinado a partir de la información de un peaje cercano.
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2.2.2.1.1. Factor de corrección estacional (FCE)
Para el caso de la presente investigación, el peaje más cercano a la zona de estudio es el de Piura-Sullana, del cual se obtuvieron los factores de corrección estacional promedio entre los años 2010 y 2016 para vehículos ligeros y pesados, los que se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1: Factores de corrección estacional promedio entre los años 2010 y 2016 de la unidad de Peaje Piura-Sullana.
Mes Factor de Corrección Promedio (2010 - 2016) V. Ligeros V. Pesados Enero 1.1032 1.0777 Febrero 1.0808 1.0635 Marzo 1.1780 1.1221 Abril 1.0977 1.0607 Mayo 1.0536 1.0386 Junio 1.0475 1.0120 Julio 0.9646 1.0199 Agosto 0.9472 0.9693 Setiembre 0.9953 0.9893 Octubre 0.9479 0.9711 Noviembre 0.9443 0.9363 Diciembre 0.7354 0.7840
Fuente: Instituto Nacional de Estadística e Informática INEI (2018)
2.2.2.2. Relación entre el tránsito promedio diario anual (TPDA) y el volumen horario de diseño (VHD).
La relación del volumen horario del proyecto con respecto al tránsito promedio diario anual, se expresa como un porcentaje del promedio diario anual. Según Guisselle Montoya H (2005). “El rango normal esta un entre 12% y un 18% para ambos sentidos, y un 16% a un 24% para un solo sentido”
“Si se hiciera una lista de los volúmenes de tránsito horario que se presentan en el año, en orden descendente, sería posible determinar los volúmenes horarios de la 10a, 20ava, 30ava,50ava, 70ava o 100ava hora de máximo volumen. Una guía para determinar el volumen horario de proyecto VHP, es precisamente una curva que
27 indique la relación de variación de volúmenes de tránsito horario durante todo el año.” (Cal y otros, 2007).
Si se observa la siguiente gráfica, la cual tiene en las abscisas el número de horas de todo el año con volumen mayor o igual al indicado y en las ordenadas el
porcentaje del tránsito promedio diario anual (TPDA) que representan los volúmenes horarios, se puede observar claramente que en zonas urbanas a partir de la 30ava hora del año los volúmenes tienden a estabilizarse, fluctuando este volumen entre el 8% y 16% del TPDA según la zona.
Figura 1. Relaciones entre los volúmenes horarios más altos del año y TPDA Fuente: Ingeniería de Tránsito, fundamentos y aplicaciones (2007) El volumen horario de diseño o también conocido como volumen horario de
proyecto es calculado a partir del tránsito promedio diario anual del año de horizonte del proyecto, el cual a su vez se calcula partiendo del tránsito promedio diario anual (TPDA) del año base al cuál se le aplican tasas de crecimiento.
28
2.2.2.2.1. Horizonte de proyecto
El horizonte del proyecto es el tiempo estimado para el se diseñará una estructura y la cual deberá cumplir durante dicho periodo su objetivo en su totalidad. El
Ministerio de Economía y Finanzas (MEF) establece horizontes de evaluación de proyectos según el tipo de infraestructura vial, tal como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 2: Horizontes de evaluación de proyectos viales.
Alternativas Consideradas Horizonte de Evaluación
Calles 10 años
Avenidas 20 años
Puentes/viaductos 20 años
Intersecciones a nivel 10 años
Intersecciones a desnivel 20 años Veredas/vías y puentes peatonales/bermas 10 años Fuente: Ministerio de Economía y Finanzas (2015)
2.2.2.2.2. Crecimiento del tránsito:
“La definición geométrica de las nuevas carreteras, o en el caso de mejoras en las ya existentes, no debe basarse únicamente en el volumen de tránsito actual, sino que debe considerar, el volumen previsto que va a utilizar esta instalación en el futuro. De esta forma, deberán establecerse los volúmenes de tránsito presentes en el año de puesta en servicio del proyecto y aquellos correspondientes al año
horizonte de diseño. Ello, además de fijar algunas características del proyecto, permite eventualmente, elaborar un programa de construcción por etapas.” (Manual de Carreteras: Diseño Geométrico 2018).
“La proyección debe también dividirse en dos partes. Una proyección para vehículos de pasajeros que crecerá aproximadamente al ritmo de la tasa de crecimiento de la población y una proyección de vehículos de carga que crecerá aproximadamente con la tasa de crecimiento de la economía. Ambos índices de
29 crecimiento correspondientes a la región que normalmente cuenta con datos
estadísticos de estas tendencias.” (Manual de Carreteras: Diseño Geométrico 2018). Los valores de las tasas de crecimiento poblacional y tasa de crecimiento del
producto bruto interno (crecimiento de la economía) se muestran en la Tabla 3 y en la Figura 2.
Tabla 3: Tasa de crecimiento poblacional en el Departamento de Piura
Años Tasa de crecimiento poblacional
1995-2000 1.3
2000-2005 1.2
2005-2010 1.1
2010-2015 0.9
Fuente: Instituto Nacional de Estadísticas e Informática INEI
Figura 2. Tasa de crecimiento promedio anual del PBI según departamento: 2007 –
2018
30
Conteo de tráfico
Es el conteo la cantidad de vehículos que transitan por una vía o intersección durante un periodo determinado (días) por un número de horas determinadas (12 horas o 24 horas). Estos pueden ser realizados de forma manual o de forma automática.
En los conteos de tráfico es necesario disgregar los volúmenes vehiculares que transitan según su composición vehicular, ya que estos son requeridos en diversos cálculos que se realizan en la ingeniería de tránsito como lo son el cálculo del IMDA o capacidad vial y el nivel de servicio. Por esta razón es necesario establecer de forma adecuada una clasificación vehicular de todos los tipos de vehículos que transitan por la vía o a analizar.
2.2.3.1. Tipos de conteo
2.2.3.1.1. Conteo manual
Este tipo de conteo es realizado por personas, las cuales se ubican en una estación asignada y registran en fichas o plantillas la cantidad de vehículos que pasan por composición vehicular por periodos de 5 minutos o 15 minutos, según sea determinado en el estudio a realizar.
2.2.3.1.2. Conteo automático
Este tipo de conteo se realiza mediante la utilización de detectores superficiales que son instalados en las vías. Estos detectores envían la información a un
registrador automático.
2.2.3.1.3. Conteo por uso de Software
Este método es muy común en la actualidad, se realiza mediante la utilización de cámaras, las cuales graban la circulación de los vehículos en la vía y mediante la utilización de software especializados se realiza el conteo vehicular.
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2.2.3.2. Composición vehicular
2.2.3.2.1. El vehículo
“Un vehículo es un medio de locomoción que permite el traslado de un lugar a otro. Ya que casi todas las carreteras, alojan automóviles particulares como tránsito de camiones es esencial que los criterios de diseños considérenles las
características a seguir por un ingeniero de la carretera o de tránsito, ambos para el diseño de la carretera y de sistemas de control de tránsito, que permitan la operación segura y sin contratiempo de un vehículo en movimiento, especialmente durante las maniobras básicas de paso, alto total y dar vuelta. Las características de un vehículo y el buen funcionamiento de éste darán lugar a un buen tránsito.” (Larielys y otros, 2012).
2.2.3.2.2. Tipos de vehículos
Los vehículos en la presente investigación son en base a la realidad nacional y regional. Los tipos de vehículos, su codificación y un gráfico referencial se muestra en la Tabla 4.
Tabla 4: Tipo de vehículo, codificación y gráfico referencial
TIPO DE VEHÍCULO CODIFICACIÓN GRÁFICO REFERENCIAL MOTO LINEAL
MOTOTAXI
AUTO SW
32 TIPO DE VEHÍCULO CODIFICACIÓN GRÁFICO REFERENCIAL
C.R. MICRO BUS B2 B3 B4 CAMIÓN C2 C3 C4
33 TIPO DE VEHÍCULO CODIFICACIÓN GRÁFICO REFERENCIAL
SEMITRAYLERS T2S1 T2S2 T2S3 T3S1 T3S2 >=T3S3
34 TIPO DE VEHÍCULO CODIFICACIÓN GRÁFICO REFERENCIAL
TRAYLERS
C2R2
C2R3
C3R2
>=C3R3
Fuente: Elaboración Propia
Intersecciones a nivel
“Es una solución de diseño geométrico a nivel, para posibilitar el cruzamiento de dos o más carreteras o con vías férreas, que contienen áreas comunes o
compartidas que incluyen las calzadas, con la finalidad de que los vehículos puedan realizar todos los movimientos necesarios de cambios de trayectoria.
Las intersecciones a nivel son elementos de discontinuidad, por representar situaciones críticas que requieren tratamiento específico, teniendo en consideración que las maniobras de convergencia, divergencia o cruce no son usuales en la mayor parte de los recorridos.” (Manual de Diseño Geométrico de Carreteras, 2018, p.216)
35 Existen algunos tipos básicos de intersecciones a nivel de acuerdo a (Manual de Diseño Geométrico de Carreteras, 2018, p.215) en función al número de ramales y su ángulo de cruzamiento entre vías, estas se indican en la Tabla 5 y se representan en la Figura 3.
Tabla 5: Tipo de intersecciones a nivel
INTERSECCIÓN RAMALES ÁNGULO DE CRUZAMIENTO
En T Tres Entre 60° y 120°
En Y Tres < 60° y > 120°
En X Cuatro < 60°
En + Cuatro > 60°
En estrella Más de cuatro -
Intersección rotaria o rotonda Más de cuatro - Fuente: Manual de Carreteras: Diseño Geométrico 2018
Es común relacionar la capacidad de las intersecciones a nivel y el control con semáforos. Cuando los volúmenes son bajos no hay inquietud por la capacidad ni necesidad de analizarla. Cuando aquellos crecen y se empiezan a presentar conflictos, probablemente ya la intersección requiere control de semáforos.
36
Figura 3. Variedad de tipos de intersecciones a nivel. Fuente: Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG - 2018
2.2.4.1. Glorietas
De acuerdo al “Manual de carreteras de diseño geométrico” (Perú-Ministerio de transportes y comunicaciones,2014), en la sección 502.13, considera el término de intersección rotatorias como rotondas o glorietas, las cuales son ventajosas, si los volúmenes de tránsito de los ramales de acceso son similares, o si los movimientos de giro predominan sobre los de paso. En los tramos que las carreteras atraviesan zonas urbanas, las rotondas con semáforo, alivian congestiones por exceso de flujos o reparto desequilibrado de la demanda por ramal.
37 De la misma manera normas internacionales como la “American Association of State Highway and Transportation Officials,2011” y la “Transportation Research Board,2010”, describe a una rotonda o glorieta como una intersección circular con una isla central, en la cual el transito debe recorrer en sentido anti-horario; y el transito entrante debe ceder el paso al tránsito circulante.
Figura 4. Rotonda convencional típica. Fuente: Transportation Research Board,2010
2.2.4.1.1. Elementos representativos de una glorieta o rotonda
Según el “US Dept. of Transportation, Federal Highway Administration ,2011”, los siguientes elementos son los más representativos de una rotonda:
a) Isla central.
La isla central es la zona elevada en el centro de una rotonda alrededor de la cual circula el tránsito. La isleta central no necesariamente tiene que ser de forma circular.
b) Calzada circulatoria o Anillo de circulación.
La calzada circulatoria es la trayectoria curva usada por los vehículos para transitar en sentido giratorio alrededor de la isleta central.
38 Está comprendida entre el diámetro exterior de la rotonda y el islote central
c) Entradas y Salidas
Se llama entrada a la zona de la vía que desemboca en la intersección y que está separada de esta por la línea de ceda el paso. Se diseñan de manera que los
conductores que se aproximan a la rotonda tomen plena conciencia de la proximidad de la intersección y estén obligados a reducir la velocidad facilitando el cumplimiento de la regla de prioridad del anillo.
d) Islas deflectoras
Se encuentran situadas en el punto de unión entre los brazos de la rotonda (ramales), acostumbran a tener forma triangular y separan los dos sentidos de circulación de la intersección. (Ana Torres- Alzamora., 2015, p.6)
Adicionalmente el ASSTHO 2011: “Geomtric Desing of Highways and Streets”; da una visión general de algunos elementos geométricos básicos en una rotonda:
e) Delantal de camiones
Si es necesario en las rotondas más pequeñas para acomodar el seguimiento de ruedas de vehículos de gran tamaño, un delantal es la parte de montaje de la isla central adyacente a la calzada circulatoria.
f) Línea de ceda el paso en la entrada de la calzada circulatoria.
La línea de producción marca el punto de entrada en la calzada circulatoria. En la mayoría de los países en esta línea tiene el significado legal de exigir a entrar a los automovilistas a ceder el derecho de paso, sin embargo, en los Estados Unidos es técnicamente sólo una extensión de la línea de borde de calzada circulatoria. Vehículos que entran deben ceder el paso a todo el tránsito que circula procedente de la izquierda antes de cruzar la línea hacia la calzada circulatoria.
39
Figura 5. Elementos básicos de una rotonda
Fuente: US Dept. of Transportation, Federal Highway Administration (2011)
2.2.4.1.2. Ventajas y desventajas de las Rotondas.
La generalización de la utilización de rotondas en los últimos 20 años obedece a las ventajas que ofrecen respecto otro tipo de soluciones a la hora de resolver
determinados tipos de intersecciones. Comprender las ventajas y desventajas de las rotondas, permite a muchos entender este tipo de tratamiento de las intersecciones (U.S Department of Transportation - Federal Highway Administration, 2011, p.34)
Tabla 6: Ventajas y desventajas en función al criterio de rotondas.
CRITERIO VENTAJAS DESVENTAJAS
Seguridad • Reducen la gravedad de accidentes de todos los usuarios, permiten
convergencias más seguras en el tránsito circulante.
• Se pueden producir algunos accidentes motivados por la confusión de los conductores que no estén familiarizados con este tipo de
40
CRITERIO VENTAJAS DESVENTAJAS
Eficacia • Reducen el tiempo medio de espera.
• Buena fluidez del tráfico en condiciones normales y con diferencias de tráficos no superiores a un orden de magnitud.
• Facilitan los intercambios y giros sin que la fluidez del tráfico se altere
• No son eficaces cuando las diferencias entre el tráfico principal y secundario son mayores a un orden de magnitud
• Pierden mucha eficacia cuando se hallan cerca de su máxima capacidad
Operaciones • Pueden tener demoras y colas menores que en otras formas de control de intersección.
• La misma prioridad para todas las aproximaciones puede reducir la progresión de las aproximaciones de alto volumen.
Administración de acceso
• Facilitan los giros en “U” que pueden sustituir giros a la izquierda a mitad de cuadra más difíciles.
• Pueden reducir el número de claros disponibles para intersecciones a mitad de cuadra no semaforizadas y accesos a propiedad. Tráfico • Su elevada capacidad permite
disponer de una reserva para acomodar puntas de demanda, y evitar en muchos casos el recurso a la ordenación de semáforos.
• No permite que el tráfico tenga un flujo libre, sino que los dirige hacia destinos definidos.
Estructuración del espacio
• Mejora la estructuración del espacio circulante.
• Pueden permitir espaciamiento menor entre intersecciones y accesos.
• Perdida de la jerarquía de las vías más importantes.
• En función del caso pueden ocupar un espacio
ligeramente mayor que una intersección convencional. Medioambiente • Disminución de la
contaminación acústica.
• Posibilidad de tratamiento paisajístico.
• Mayor ocupación del suelo.
• Posibles impactos sobre recursos naturales y culturales
41
CRITERIO VENTAJAS DESVENTAJAS
• Menor impacto visual debido a mayor requerimiento de espacio.
Estética • Proporcionan a las comunidades entradas atractivas o puntos focales.
• Se utilizan zonas turísticas o de compras para separar los usos comerciales de las zonas residenciales.
• Podría crease un peligro de seguridad si objetos duros se colocan en la isla central muy cerca de las entradas
Costos • Menos costo de operación y mantenimiento.
• En función del tamaño pueden ser más caras que las
intersecciones normales. Fuente: Torres, A. (2015). Análisis y comparación de criterios de diseño geométrico en las rotondas modernas (Tesis de pregrado en Ingeniería Civil).
Dispositivos de control de tránsito
“Se denominan dispositivos para el control de tránsito a las señales, marcas, semáforos y cualquier otro dispositivo, que se colocan sobre o adyacente a las calles y carreteras por una autoridad pública, para prevenir, regular y guiar a los usuarios de las mismas.” (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994, p.116).
Según el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras – 2018, toda intersección debe contar con señales informativas, restrictivas, preventivas, marcas en el
pavimento y demás dispositivos.
2.2.5.1. Semáforos
“Los Semáforos son dispositivos eléctricos que tienen como función ordenar y regular el tránsito de vehículos y peatones en calles y carreteras por medio de luces generalmente de color rojo, amarillo y verde, operados por una unidad de control.” (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994, p.140).
42
2.2.5.1.1. Tiempos de semáforos
La función de un semáforo es facilitar el control del tráfico de vehículos y peatones, de forma que pasen de forma alternada en una intersección ordenadamente y segura.
“Para que dichos objetivos se cumplan, el elemento fundamental es sincronizar el ciclo de los semáforos, es decir, la secuencia de estados (rojo, verde, etc.) por la que pasan los semáforos y que se repite de manera cíclica” (Lema, C. S.; Pedreira, L. P.; Bouza, G.; Allende, S, 2011, p.3).
2.2.5.2. Señales verticales y marcas en el pavimento
Dentro de los dispositivos de control de tránsito en una intersección se incluyen las señales verticales y marcas en el pavimento o también conocidas como señalización horizontal, el MANUAL DE DISPOSITIVOS DE CONTROL DE TRÁNSITO
AUTOMOTOR PARA CALLES Y CARRETERAS define a las primeras como “dispositivos instalados al costado o sobre el camino, y tienen por finalidad, reglamentar el tránsito, prevenir e informar a los usuarios mediante palabras o símbolos” y a las segundas como “líneas horizontales y transversales, flechas, símbolos y letras, que se aplican o adhieren sobre el pavimento, sardineles, otras estructuras de la vía y zonas adyacentes”, estas tienen como función principal complementar otros dispositivos de control de tránsito tales como semáforos o señalización vertical.
2.2.5.3. Tipos de señales
2.2.5.3.1. Señales Preventivas
“Las señales preventivas, identificadas con el código SP, tienen como función dar al usuario un aviso anticipado para prevenirlo de la existencia, sobre o a un lado de la carretera o calle, de un peligro potencial y su naturaleza.” (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994, p.118).
43
2.2.5.3.2. Señales Restrictivas
“Las señales restrictivas, identificadas con el código SR, tienen como función expresar en la carretera o calle alguna fase del reglamento de tránsito, para su cumplimiento por parte del usuario. En general, tienden a restringir algún movimiento del mismo, recordándole la existencia de alguna prohibición o limitación
reglamentada” (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994, p.124).
2.2.5.3.3. Marcas
“Identificadas con el código M, las marcas son las indicaciones en forma de rayas, símbolos y letras que se pintan sobre el pavimento, guarniciones y estructuras, dentro de o adyacentes a las vías de circulación, así como los objetos que se
colocan sobre la superficie de rodamiento con el fin de regular o canalizar el tránsito e indicar la presencia de obstáculos, sin distraer la atención del conductor” (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994, p.135).
2.2.5.3.4. Obras y Dispositivos Diversos
“Identificados con el código OD. Son obras que se construyen y/o dispositivos que se colocan dentro de una calle o carretera o en sus inmediaciones para protección, encauzamiento y prevención de conductores de vehículos y peatones” (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994, p.135)
Capacidad y nivel de servicio
En el análisis vehicular la capacidad y el nivel de servicio son dos conceptos relacionados, la capacidad se mide mediante la relación entre demanda (Volúmenes de tráfico) y la oferta (Capacidad vehicular) de una vía, mientras que el nivel de servicio está en función a las “velocidades medias de viaje” y a las “demoras”, en vías simples e intersecciones respectivamente.
44
2.2.6.1. Capacidad
“En el estudio de la capacidad de calles y caminos el propósito que generalmente se sigue es el de determinar la calidad del servicio que presta cierto tramo o
componente de una arteria” (Ronald Cesar Gomez Johnson.,2004, p.170).
Cabe señalar que en el Anexo 01: Capacidad y Niveles de Servicio, del Manual de Diseño Geométrico de Calles y Carreteras, DG 2001 del Ministerio de Transportes y Comunicaciones, se menciona que el Manual de Capacidad vial de los Estados Unidos, edición 1994, “…constituye una poderosa herramienta para analizar la calidad del servicio que es dable esperar para el conjunto de vehículos que operan una carretera de características dadas...”
2.2.6.2. Capacidad de intersecciones con semáforo.
“La capacidad en una intersección con semáforo se define para cada acceso, como la tasa de flujo máxima que puede pasar a través de la intersección bajo condiciones prevalecientes del tránsito, de la calle y del semáforo. Se mide en vehículos por hora (vph) con base en flujos que tienen periodos pico de 15 minutos”. (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994, p.363).
2.2.6.3. Nivel de servicio
Para medir la calidad del flujo se usa el concepto de Nivel de Servicio que según el Manual de capacidad de carretera, Washington, D.C “Es una medida cualitativa del efecto que pueden tener en la capacidad muchos factores tales como la velocidad, el tiempo de recorrido, las interrupciones del tráfico, la libertad de maniobras, la
seguridad, los costos de operación, etc.”
El Manual de Capacidad Vial ha establecido seis niveles de servicio denominados desde la letra A hasta la F, que van desde lo mejor a lo peor.
45
• El nivel A corresponde a una situación de tráfico fluido, con intensidad de tráfico baja y velocidades altas, solo limitadas por las condiciones físicas de la vía. Los conductores no se ven forzados a mantener una determinada velocidad por causa de otros vehículos.
• El nivel B, corresponde a una circulación estable, es decir, que no se producen cambios bruscos en la velocidad, aunque comienza a ser condicionada por los otros vehículos.
• El nivel C, corresponde también a una circulación estable pero la velocidad y la maniobrabilidad están ya considerablemente condicionadas por el resto del tráfico. Los adelantamientos y cambios de carril son más difíciles,
aunque las condiciones de circulación son todavía muy tolerables.
• El nivel D corresponde a situaciones que empiezan a ser inestable, es decir que se producen cambios bruscos e imprevistos en la velocidad, y la
maniobrabilidad de los conductores está ya muy restringida por el resto del tránsito.
• El nivel E supone una intensidad de tráfico próximo a la capacidad de la vía. Las detenciones son frecuentes, siendo inestables o forzadas las
condiciones de circulación.
• Por último, el nivel F, corresponde a una circulación muy forzada a velocidades bajas y con colas frecuentes que obligan a detenciones que pueden ser prolongadas. El extremo de este nivel F es la absoluta
congestión de la vía, lo que normalmente se alcanza durante horas punta en muchas vías céntricas de las ciudades.
Para vías urbanas, el HCM 2000 establece las siguientes características para la definición de niveles de Servicio tal como se muestra en la Tabla 7.
46 Tabla 7: Niveles de servicio para vías urbanas
CLASE DE VÍA I II III IV
Rango de velocidad de flujo libre 90 a 70 Km/hr 70 a 55 Km/hr 55 a 50 Km/hr 55 a 40 Km/hr
Velocidad de flujo libre típica 80 km/hr 65 km/hr 55 km/hr 45 km/hr
NDS Velocidad media de viaje (km/hr)
A >72 >59 >50 >41 B >56 – 72 >46 – 59 >39 – 50 >32 – 41 C >40 – 56 >33 – 46 >28 – 39 >23 – 32 D >32 – 40 >26 – 33 >22-28 >18 – 23 E >26 – 32 >21 – 26 >17 – 22 >14 – 18 F ≤26 ≤21 ≤17 ≤14
Fuente: Highway Capacity Manual 2010
2.2.6.4. Nivel de servicio en intersecciones con semáforo
“El nivel de servicio en intersecciones reguladas por semáforos se define en términos de demora. La demora consiste en una medida de la molestia, la
frustración, el consumo de combustible y el tiempo de viaje perdido por el conductor. Específicamente los criterios de nivel de servicio se establecen en términos de la demora media de parada por vehículo para un periodo de análisis de 15 min.” (HCM 2000, p 316).
La Tabla 8 indica los rangos de demora media de parada establecidos para cada nivel de servicio por HCM 2000.
Tabla 8: Criterios De Nivel De Servicio Para Intersecciones Reguladas Por Semáforos
NIVELES DE SERVICIO DEMORA POR PARADA POR VEHÍCULO (SEG)
A < 10.0
B 10.0 a 20.0
C 20.0 a 35.0
47 NIVELES DE SERVICIO DEMORA POR PARADA POR VEHÍCULO (SEG)
E 55.0 a 80.0
F > 80.0
Fuente: Highway Capacity Manual 2010
2.2.6.5. Capacidad y nivel de servicio en una rotonda en funcionamiento
El HCM relaciona la capacidad de la rotonda con la demanda de vehículos por hora que están en funcionamiento en la intersección, para identificar el control de demora como la principal medida de calidad de servicio. Esta demora es un
parámetro estándar utilizado para medir el funcionamiento de una intersección, se puede definir también como el tiempo que le lleva a un conductor desacelerar hacia una cola, estar en la cola, esperar un claro aceptable en el flujo de circulación
mientras está en la parte delantera de la cola, y acelerar a la salida de la cola. Define calidad de servicio como cuán bien funciona una instalación de transporte o servicio desde la perspectiva de un viajero. Y define los niveles de servicio (NdS) como una estratificación cuantitativa de una medida del funcionamiento o medidas que
representan la calidad del servicio. (U.S Department of Transportation - Federal Highway Administration, 2011, p. 109,110)
Se asigna NdS F si la relación de volumen-capacidad de un carril es superior a 1.0 independientemente del control de demora. Para evaluar los niveles de servicio (LOS) en la aproximación y en la intersección, los LOS se basan únicamente en el control de demora.
Tabla 9: Criterios de niveles de servicio de enfoques y evaluación a nivel de intersección
Control de demora (s/veh)
Nivel de servicio por la relación Volumen-Capacidad v/c ≤ 1.0 v/c > 1.0 0-10 A F >10-15 B F >15-25 C F >25-35 D F >35-50 E F >50 F F
48
Marco Conceptual Tráfico Vial
2.3.1.1. Volúmenes de tránsito absolutos o totales
2.3.1.1.1. Volumen
Se entiende por volumen, como el número de vehículos automotores o personas que pasa por un tramo de carretera en un determinado tiempo. Se expresa como:
𝑄 =𝑁
𝑇 ( 1 )
Donde:
Q: Vehículos que pasan por unidad de tiempo (Vehículos / periodo) N: Número total de vehículos que pasan (Vehículos)
T: Periodo determinado (Unidades de tiempo)
2.3.1.1.2. Tránsito anual (TA):
Es el número total de vehículos que pasan durante un año por una sección transversal de una vía (T= 1año).
2.3.1.1.3. Tránsito semanal (TS):
Es el número total de vehículos que pasan durante una semana por una sección transversal de una vía (T=1 semana).
2.3.1.1.4. Tránsito diario (TD):
Es el número total de vehículos que pasan durante un día por una sección transversal de una vía (T= 1 día).
49
2.3.1.2. Volúmenes de tránsito promedios diarios
2.3.1.2.1. Tránsito promedio diario semanal (TPDS):
Representa el valor promedio de los volúmenes del tránsito diario obtenido a partir del tránsito semanal.
𝑇𝑃𝐷𝑆 =𝑇𝑆
7 ( 2 )
Donde:
TPDS: Tránsito promedio diario semanal (Vehículos / periodo) TS: Tránsito Semanal (Vehículos)
2.3.1.2.2. Tránsito promedio diario anual (TPDA):
Representa el valor promedio de los volúmenes de tránsito que circulan en 24 horas durante un año.
𝑇𝑃𝐷𝐴 = 𝑇𝐴
365 ( 3 )
Donde:
TPDA: Tránsito promedio diario anual (Vehículos / periodo) TA: Tránsito Anual (Vehículos)
2.3.1.3. Volúmenes de tránsito hora
2.3.1.3.1. Volumen máximo anual (VHMA):
Es el máximo volumen horario que ocurre en un punto o sección de un carril o de una calzada durante un año determinado.
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2.3.1.3.2. Volumen horario de máxima demanda (VHMD):
Es el máximo número de vehículos que pasan por un punto o sección de un carril o de una calzada durante 60 minutos consecutivos. Es el representativo de los
periodos de máxima demanda que se pueden presentar durante un día en particular.
2.3.1.4. Flujos
2.3.1.4.1. Tasa de flujo (q):
Es el número total de vehículos que pasan durante un periodo inferior a una hora, expresado en vehículos por hora (T< 1 hora)
El periodo utilizado en la presente investigación es de 15 minutos, al cual se le denotará q15
2.3.1.4.2. Tasa de flujo máxima (qmax)
Es el número total de vehículos máximos que pasan durante un periodo inferior el VHMD, expresado en vehículos por hora.
2.3.1.4.3. Factor de la hora de máxima demanda (FHMD):
“Se llama factor de la de la hora de máxima demanda, a la relación entre el Volumen horario de máxima demanda, VMHD, y el flujo máximo, qmáx, que se presenta durante un periodo dado dentro de dicha hora.” (Cal, R; Reyes, M y Cárdenas, 1994, p.163)
𝐹𝐻𝑀𝐷 = 𝑉𝐻𝑀𝐷
𝑁(𝑞𝑚á𝑥) ( 4 )
Donde:
N: Número de periodos durante la hora de máxima demanda
Para un periodo de hora máxima de 15 minutos, el factor de la hora de máxima demanda sería:
